JP5399437B2 - 光ピックアップ - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクの記録面上に情報を記録又は再生を行う光ピックアップに関する。

光ディスクの大容量化のため、情報の記録・再生に短波長のレーザと開口数の大きな対物レンズとが使用されている。これにより、光ディスクの記録層上に集光するレーザスポットの小型化を実現し、記録密度の向上が図られている。

レーザ光束は光ディスクの保護層を透過し、記録層に到達するため、保護層の厚み変化によりレーザ光束の内外で焦点距離が微かに異なるので球面収差が発生する。この球面収差は、対物レンズに入射するレーザ光束を弱発散・弱収束に調整することによって補正することができる。レーザ光束の調整は、光ピックアップ内のコリメートレンズの位置を光軸方向に移動させることで実現される。

コリメートレンズの移動は、小型モータの回転運動を並進運動に変換するねじ送り機構によって行なうことができる。ねじ送り機構は、リードスクリューと、そのねじ溝に嵌合するラックギヤ（またはナット）、ガイドシャフトによって構成される。小型モータの回転により、ラックギヤ（またはナット）はリードスクリューのねじ溝に押されてモータ軸方向に移動する。コリメートレンズを搭載したレンズホルダをラックギヤ（またはナット）に押し当てておくことで、コリメートレンズの移動が実施される。

本技術分野の背景技術として、例えば特開２００５−２１６３４４号公報（特許文献１）がある。

この特許文献１は、ラック本体の形状として、板の表面に取り付けられた歯部がリードスクリューシャフトの表面に当接し、リードスクリューシャフトの回転によってラック本体を移動させてレンズを移動させることが開示されている。

このように、特許文献１は光ディスクドライブに搭載される光ピックアップの移動手段として、ラックギヤを用いたねじ送り機構が開示されている。

また、特開２００９−２６４１０号公報（特許文献２）も特許文献１と同様に、コリメートレンズの移動機構として、ラック部材の表面に取り付けられた咬合歯がリードスクリューのねじ山にそって移動する構造が開示されている。

特開２００５−２１６３４４号公報 特開２００９−２６４１０号公報

さて、光ピックアップは、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤの光ディスクの記録・再生に対応するために、筐体内に多数の光学部品の搭載が必要である。そのため、光ピックアップの筐体の壁を薄くして、光学部品の搭載領域が確保する必要がある。しかしながら、筺体の壁を薄くするとその分、光ピックアップ筐体の強度はぎりぎりまで切り詰められるので、耐衝撃性などの耐環境性能の裕度を得ることが困難となっている。

一方、コリメートレンズ移動機構（以下、レンズ移動機構という）はモータを含むねじ送り機構の搭載領域、およびコリメートレンズとレンズホルダの移動領域が必要であるため、光ピックアップ筺体内部の広い領域を占有している。

このように、光ピックアップの耐環境性能向上のためには、レンズ移動機構の小型化が必須となってきている。

本発明の目的は、レンズ移動機構の小型化を図り、光ピックアップ筺体内部への光学部品搭載領域確保と耐環境性能の裕度を得ることが可能な光ピックアップを提供することにある。

上記目的は、コリメートレンズを保持するレンズホルダと、このレンズホルダを案内するガイド部材と、外周にねじ溝を有するリードスクリューと、このリードスクリューを回転させるモータと、前記レンズホルダに固定される本体部と、前記リードスクリューのねじ溝に嵌合する爪部を有するラックギヤとから構成されるコリメートレンズ移動機構とを有する光ピックアップにおいて、前記ラックギヤは前記本体部と前記爪部とを連結するアームを備えてなり、前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凸形の突起を複数本前記アームの面に設けたことにより達成される。

また上記目的は、前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凹形の溝を複数本前記アームに設けることが好ましい。

また上記目的は、前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凹形の溝と対向する前記アームの裏面に凹形の溝を複数本設けることが好ましい。

また上記目的は、前記アームの断面形状を前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる波形状とすることが好ましい。

また上記目的は、前記アームは、前記リードスクリューの回転軸方向に垂直な面の断面形状が前記ラックギヤの幅全体で一定であることが好ましい。

本発明によれば、レンズ移動機構の小型化を図り、光ピックアップ筺体内部への光学部品搭載領域確保と耐環境性能の裕度を得ることが可能な光ピックアップを提供できる。

一般的な光ピックアップの概略構成図である。 図１に示したレンズ移動機構９の斜視図である。 平板の断面二次モーメントおよび断面二次極モーメントを説明する説明図である。 実施例１に係るラックギヤの斜視図である。 実施例２に係るラックギヤの斜視図である。 実施例３に係るラックギヤの斜視図である。 光ピックアップのレンズ移動機構部分を説明する図である。

ところで、レンズ移動機構はモータによって回転するリードスクリューの表面に形成されたねじ溝にラックギヤの爪が係合して移動することで、コリメートレンズを動作させている。

しかしながら上述したように、光ピックアップ筺体の壁を薄くして筺体内部の空間をできるだけ拡張する方向にあるにもかかわらず、レンズ移動機構はモータとリードスクリューがあることからピックアップ筺体内部を広い領域で占有している。特にモータ軸の長さが領域を占有する原因となっていた。

そこで、本発明の発明者らがモータ軸を短くすることを検討したところ、コリメートレンズのストローク量とラックギヤの幅と、マージンラックの幅を狭くするとモータ軸を短くできることが分かった。つまり、ラックギヤの幅を短くするとモータ軸を短くできるのでリードスクリューを短くすることができ、コリメートレンズのストローク量が短くすることが可能となる。

しかしながら、幅を短くした新たなラックギヤで種々検討したところ、ラックギヤそのものの撓み剛性と捩れ剛性が低下し、リードスクリューとラックギヤの爪との間で歯飛びという新たな問題が発生した。

そこで本発明の発明者らは、ラックギヤの幅は縮小しながらも撓み剛性はそのままで、捩れ剛性を十分に高くすることが可能なラックギヤの構造を種々検討した結果、以下のごとき実施例を得た。

以下、図１，図2を用いて一般的な光ピックアップを説明しながら本発明の実施例を説明する。

図１は一般的な光ピックアップの概略構成図である。

図１において、１は光ピックアップであり、２は筐体、３はレーザ光源、４はビームスプリッタ、５はコリメートレンズ、６は立上げミラー、７は対物レンズ、８は光検出器、９はレンズ移動機構、１０は光ディスクである。

この光ピックアップ１の構成を説明すると、光ピックアップ１はレーザ光源３と、ビームスプリッタ４と、コリメートレンズ５と、立上げミラー６と、対物レンズ７と、光検出器８と、レンズ移動機構９とを筐体２の内部に搭載した構成となっている。

図１の光ピックアップ１の構成は最小限の構成を示している。ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの複数の光ディスク規格に対応するために、レーザ光源３、ビームスプリッタ４、コリメートレンズ５、立上げミラー６、対物レンズ７、光検出器８を複数搭載する構成としてもよい。

筐体２は、光学部品を搭載するベース部材となる。複雑な形状が必要となることから、金属や樹脂の成型によって作られる。レーザ光源３は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ規格で定められた特定波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。ビームスプリッタ４は、レーザ光を透過光と反射光に分割する光学部品である。

例えば、直角プリズムを２つ貼り合わせたプリズムや、ガラス板に光学膜を形成したミラーである。コリメートレンズ５は、レーザ光の発散光を平行光に変換する光学レンズである。立上げミラー６は、レーザ光を全反射するミラーである。光ピックアップ１の筐体２内部から光ディスク１０方向へ９０度折り曲げるため、４５度の傾きで取り付けられる。

対物レンズ７は、レーザ光の平行光を集束させるレンズである。光ディスク１０の記録ピットにレーザ光の焦点を合わせるため、対物レンズ７は、光ディスク１０の面方向への移動（フォーカス）、光ディスク１０の径方向への移動（トラッキング）ができるように構成される。また、光ディスク１０に垂直にレーザ光が当たるように角度調整（チルト）を行なう構成としてもよい。光検出器８は、検出面に照射するレーザ光の光量に応じて電気信号を発生する光電変換素子である。レンズ移動機構９は、コリメートレンズ４を光軸方向に移動させる機構である。

この光ピックアップ１の動作を説明すると、レーザ光源３を発したレーザ光は、ビームスプリッタ４で反射してコリメートレンズ５に到達し平行光に変換される。さらにレーザ光は、立上げミラー６で光ディスク１０方向に反射し、対物レンズ７によって光ディスク１０の記録面上に集束されてビームスポットを形成する。

光ピックアップ１では、このビームスポットによって光ディスク１０への情報の記録・再生を行なう。記録では、記録情報に基づいてレーザ光源３のオンオフを行なってビームスポットを点滅させ、光ディスク１０上に記録ピットを形成することで情報の書き込みを行なう。再生では、ビームスポットを光ディスク１０の記録ピットに当て、記録ピットで反射したレーザ光を対物レンズ７で受ける。往路とは逆に立上げミラー６、コリメータレンズ５、ビームスプリッタ４の順で通過し、光検出器８の検出面上にレーザ光を誘導する。光検出器８は、検出面に当たるレーザ光のオンオフにより情報の読込みを行なう。

図２は、図１に示したレンズ移動機構９の斜視図である。

図２において、５はコリメートレンズ、９１、９２はガイド部材、９３はレンズホルダ、９４はモータ、９５はリードスクリュー、９６はラックギヤである、９７は圧縮ばねを表す。

このレンズ移動機構９の構成を説明すると、レンズ移動機構９は、コリメートレンズ５と、ガイド部材９１、９２と、レンズホルダ９３と、モータ９４と、リードスクリュー９５と、ラックギヤ９６と、圧縮ばね９７とから構成されている。ガイド部材９１、９２は、ステンレス鋼丸棒などの寸法安定性に優れた鉄鋼材料を主材とし、耐摩耗性を向上するために表面にニッケルやクロムなどのめっき処理を施した軸である。摺動抵抗および耐摩耗性を向上させるために、ガイド部材９１、９２に潤滑剤を塗布してもよい。レンズホルダ９３は、コリメートレンズ５を把持する支持部材であり、また、ガイド部材９１とガイド部材９２に懸架されコリメートレンズ５と一体で移動する可動部材である。レンズホルダ９３は、軽量で高い強度を持つＰＰＳ樹脂（ポリフェニルサルファイド）やＬＣＰ樹脂（液晶ポリマー）などで作られる。

モータ９４は、ステッピングモータなどの回転力を発生する駆動源である。リードスクリュー９５は、モータ９４の回転軸に一定のピッチでねじ溝を形成したものである。ラックギヤ９６は、リードスクリュー９５のねじ溝に嵌合する爪９６１と、レンズホルダ９３に固定される本体９６２と、爪９６１と本体９６２を接続するＵ字状のアーム９６３と、を有する動力伝達部品である。

ラックギヤ９６をリードスクリュー９５とを一対で構成することにより、モータ９４の回転運動を並進運動に変換するねじ送り機構を形成する。ラックギヤ９６は、耐磨耗性に優れたＰＯＭ樹脂（ポリアセタール）によって作られる。摺動抵抗および耐摩耗性を向上させるために、爪９６１とリードスクリュー９５の接触する箇所に潤滑剤を塗布してもよい。圧縮ばね９７は、ばね用ステンレス鋼線などで巻いたコイルスプリングである。

このレンズ移動機構９の動作を説明すると、レンズ移動機構９は、リードスクリュー９５とラックギヤ９６で構成されるねじ送り機構により、モータ９４の回転運動をラックギヤ９６の並進運動に変換する。ラックギヤ９６は、固定されているレンズホルダ９３に並進力を伝達する。レンズホルダ９３、およびコリメートレンズ５は、ガイド部材９１、９２により案内されてコリメートレンズ５の光軸方向に平行移動可能になっている。

ラックギヤ９６を用いたねじ送り機構では、以下のごとき解決すべき課題がある。
まず、ラックギヤ９６のばね剛性の低減である。モータ９４のリードスクリュー９５と、ガイド部材９１の距離は、組立誤差によりばらつきを生じる。リードスクリュー９５とガイド部材９１の距離が長い場合、ラックギヤ９６の爪９６１がリードスクリュー９５のねじ溝から離れ易い。そのため、ラックギヤ９６のＵ字状のアーム９６３に圧縮ばね９７を装填し、圧縮ばね９７の復元力によって常にリードスクリュー９５に押圧力がかかるように構成されている。

一方、リードスクリュー９５とガイド部材９１の距離が短い場合、前記の圧縮ばね９７は圧縮量が増えるので復元力が増加し、リードスクリュー９５への押圧力を増加させてしまう。押圧力が増加すると、リードスクリュー９５の回転負荷を大きくし、モータ９４の脱調などの不具合が生じ易くなる。モータ９４の脱調は、コリメートレンズ５の位置再現性を損なうため、問題となる。

このようなことから、リードスクリュー９５とガイド部材９１の距離が組立精度によりばらついても、ラックギヤ９６の押圧力が大きく変化しないように設計することが求められる。ラックギヤ９６のばね剛性（押圧力／変位）は、ラックギヤ９６のＵ字状アーム９６３の撓み剛性と、圧縮ばね９７のばね定数の和である。ラックギヤ９６のばね剛性を低減するためには、ラックギヤ９６のＵ字状アーム９６３の撓み剛性を出来るだけ下げておくことが必要である。

さらに、ラックギヤ９６の捩れ剛性の増大である。ラックギヤ９６の爪９６１には、移動方向の並進力がかかる。ラックギヤ９６の捩れ剛性が低いと、ラックギヤ９６の捩れによってリードスクリュー９５の移動量が吸収されてしまうので、コリメータレンズ４の移動量が少なくなってしまう。

特に、コリメータレンズ４の移動方向が変わると、ラックギヤ９６の両方向の捩れ分だけ移動量が吸収されてしまう。ラックギヤ９６の捩れによる移動量の減少は、コリメートレンズ４の位置決め精度を低下させ、光ピックアップ１の球面収差補正の精度に影響を及ぼすため、問題である。ラックギヤ９６の捩れはラックギヤ９６のＵ字状アーム９６３で発生しているので、ラックギヤ９６の捩れ剛性の増大ためには、ラックギヤ９６のＵ字状アーム９６３の捩れ剛性を出来るだけ高くしておくことが必要である。

図３は、平板の断面二次モーメントおよび断面二次極モーメントを説明する説明図である。

数１は、平板の断面二次モーメントの式を示し、数２は、平板の断面二次極モーメントの式を示すものである。

図３及び数１、数２において、Ａは平板の断面、ｂは平板の幅、ｔは平板の厚み、ｘは平板の幅方向ｂの軸、ｙは平板の厚みｔ方向の軸、Iｘは軸ｘの断面二次モーメント、Iｙは軸ｙの断面二次モーメント、Iｐは断面二次極モーメントである。

平板の撓み剛性は断面の断面二次モーメントIｘ、平板の捩れ剛性は断面の断面二次極モーメントIｙが関連している。平板の場合、断面二次モーメントIｘは、平板の幅ｂと平板の厚みｔの３乗を掛け合わせた数１で表わされる。断面二次極モーメントIｐは、軸ｘと軸ｙの断面二次モーメントIｘとIｙの和で表わされる。

これらの式は、ラックギヤ９６の幅ｂを小さくすると、撓み剛性は比例で小さくなるだけであるが、捩れ剛性はほぼ３乗で小さくなり、捩れ易い構造となることを示している。

これらの理由から、本実施例では、ラックギヤ９６のＵ字状アーム９６３の表面に起伏を設けたものである。この起伏により、あらかじめＵ字状アーム９６３の捩れ剛性を大きく設計する。捩れ剛性を高めておくことで、幅ｂを狭くしても充分な捩れ剛性を確保することができる。

以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。

図４は実施例１に係るラックギヤの斜視図である。

図４において、本実施例はラックギヤ９６のＵ字状アーム９６３の表面に凸形の突起を設けたものである。この凸形の突起はラックギヤ９６の幅全体に伸び、ラックギヤ９６の爪９６１から本体９６２の方向に***するように形成されている。凸形の突起の高さは、高くすると厚みｔが増えることになるので、捩れ剛性の増加に効果がある。

撓み剛性も厚みｔが増えることによって増加するが、撓み剛性が増加する部分の長さが短いので、影響は小さい。また、凸形の突起の幅を狭くして本数を増やすと、滑らかな撓み変形が得られるようになり、撓み剛性の増加を減らすことができる。

なお、本実施例の図では突起の数を3本としているが、この3本に限定されるものではなく、捩れ剛性を増加させ、撓み剛性の増加を抑えられるものであれば何本でも良い。

図５は実施例２に係るラックギヤの斜視図である。
図５において、本実施例では、ラックギヤ９６のＵ字状アーム９６３の表面に凹形の窪みを設け、その裏側の面に凹形の窪みを設けたものである。

つまり、本実施例はＵ字状アーム９６３の表面に複数本の凹形の窪みを設け、この窪みよって強度が低下した分、窪みと対向する裏面を厚肉（凸部）によって形成した凹形の窪みを設けたものである。

このように、Ｕ字状アーム９６３の両面に凹凸を設けることによっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。片面に凸形の突起を設ける形状よりも両面に凹凸部を設ける形状の方が、撓み変形をより滑らかにでき、撓み剛性の増加をさらに減らすことができる。

なお、本実施例の図では凹凸の数を裏表3本ずつとしているが、この3本に限定されるものではなく、捩れ剛性を増加させ、撓み剛性の増加を抑えられるものであれば何本でも良い。

図６は実施例３に係るラックギヤの斜視図である。
図６において、本実施例では、ラックギヤ９６のＵ字状アーム９６３の両面に波形の起伏を設けたものである。波形は幅全体に及び、ラックギヤ９６の爪９６１から本体９６２の方向の起伏を形成する。

このように、Ｕ字状アーム９６３の表面に波形の起伏を設けることによっても、捩れ剛性の増加ができる。この波型のＵ字状アーム９６３では、全体の厚み変化がなくなるので、より滑らかな撓み変形を実現できる。また、ラックギヤ９６の爪９６１から本体９６２の方向にアコーディオンのごとく伸縮できるので、撓み変形が容易となり、撓み剛性の低下に効果がある。

上記形状のラックギヤ９６により、撓み剛性をほぼ維持したまま、捩れ剛性を増加することができる。これにより、増加した捩れ剛性に相当する分、ラックギヤ９６の幅寸法を短縮することが可能である。

なお、本実施例の図では波型の数を裏表２本ずつとしているが、この２本に限定されるものではなく、捩れ剛性を増加させ、撓み剛性の増加を抑えられるものであれば何本でも良い。

図７は、光ピックアップのレンズ移動機構部分を説明する図である。
図７において、２は筐体、３はレーザ光源、５はコリメートレンズ、９はレンズ移動機構、９５はリードスクリュー、９６はラックギヤ、Lはリードスクリューの長さ、ｔｃは筐体の壁の厚みを表す。

光ピックアップ筐体２には多数の部品が搭載されるため、図７のようにレンズ移動機構９とレーザ光源３との間隔が狭くなっている。このため、光ピックアップ筐体２のレンズ移動機構９側の壁を窪ませて、厚みｔｃのように薄くなっていたので強度の確保が難しかった。

これに対して本発明のラックギヤ９６では、ラックギヤ９６の幅寸法を短縮することで、その分リードスクリュー９５の長さLを短くすることが可能となった。

したがって、リードスクリュー９５の長さＬを短くした分、光ピックアップ筐体２の壁の厚みｔｃを厚みｔｂ分増やすことが可能となった。これにより光ピックアップ筐体２の強度を高くすることができる。高強度化により、光ピックアップ１の耐衝撃性の向上や、振動や熱変形を少なくできるので耐環境特性に裕度が得られるようになったものである。

以上のごとく本発明によれば、ラックギヤの捩れ剛性が高くなった分、ラックギヤの幅寸法を短くすることができるため、その結果リードスクリューが短くなりコリメートレンズ移動機構の小型化を実現できた結果、光ピックアップの内部空間を広くすることができる。

１・・・光ピックアップ、２・・・筐体、３・・・レーザ光源、４・・・ビームスプリッタ、５・・・コリメートレンズ、６・・・立上げミラー、７・・・対物レンズ、８・・・光検出器、９・・・レンズ移動機構、９１・・・ガイド部材、９２・・・ガイド部材、９３・・・レンズホルダ、９４・・・モータ、９５・・・リードスクリュー、９６・・・ラックギヤ、９６１・・・爪、９６２・・・本体、９６３・・・アーム、９７・・・圧縮ばね、１０・・・光ディスク。

Claims (5)

1. コリメートレンズを保持するレンズホルダと、このレンズホルダを案内するガイド部材と、外周にねじ溝を有するリードスクリューと、このリードスクリューを回転させるモータと、前記レンズホルダに固定される本体部と、前記リードスクリューのねじ溝に嵌合する爪部を有するラックギヤとから構成されるコリメートレンズ移動機構とを有する光ピックアップにおいて、
   前記ラックギヤは前記本体部と前記爪部とを連結するアームを備えてなり、
   前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凸形の突起を複数本前記アームの面に設けたことを特徴とする光ピックアップ。
2. 請求項１記載の光ピックアップにおいて、
   前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凹形の溝を複数本前記アームに設けたことを特徴とする光ピックアップ。
3. 請求項２記載の光ピックアップにおいて、
   前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凹形の溝と対向する前記アームの裏面に凹形の溝を複数本設けたことを特徴とする光ピックアップ。
4. 請求項１記載の光ピックアップにおいて、
   前記アームの断面形状を前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる波形状としたことを特徴とする光ピックアップ。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光ピックアップにおいて、
   前記アームは、前記リードスクリューの回転軸方向に垂直な面の断面形状が前記ラックギヤの幅全体で一定であることを特徴とする光ピックアップ。

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